(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ケイ酸塩誘電体の層を有する半導体ウエハからフォトレジストを剥離する方法であって、
半導体製造システムが備える複数の反応容器のうち、いずれか１つの反応容器に前記ウエハを導入する工程と、
前記ウエハを同じ前記反応容器内に置いたまま、前記反応容器内の前記ウエハ上に実行される半導体加工工程に続いて、前記反応容器に水素と窒素とを含む還元ガスの流れを導入する工程と、
前記反応容器内において前記ウエハの少なくとも一部の近傍に、前記還元ガスで還元プラズマを形成する工程と、
前記半導体製造システムが備える前記反応容器内の原位置において、前記ウエハから前記フォトレジストの少なくとも一部を前記還元プラズマを用いて剥離する工程と、
フォトレジスト剥離工程中に下部電極の温度を−１０℃から＋４０℃に維持する工程と、
を備える、剥離方法。
【請求項２】
請求項１に記載の剥離方法であって、
前記還元ガスは、８０％から２０％の窒素と、２０％から８０％の水素との混合物を含む、剥離方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の剥離方法であって、
水素の流量は、１５０ｓｃｃｍから５０００ｓｃｃｍであり、
窒素の流量は、１５０ｓｃｃｍから５０００ｓｃｃｍである、剥離方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の剥離方法であって、
前記還元プラズマを形成する工程は、さらに、前記反応容器の電極にＲＦ電力を印加する工程を含み、
前記ＲＦ電力は、１００ｋＨｚから３０ＭＨｚの範囲の周波数と、１５０Ｗから５０００Ｗの電力レベルとを有する、剥離方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
ウエハ領域の圧力を２０ｍＴｏｒｒから１Ｔｏｒｒに維持する工程を備える、剥離方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
チャンバの圧力を３０ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒに維持する工程を備える、剥離方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
２Ｔｏｒｒから１５Ｔｏｒｒの圧力のウエハ背面冷却ヘリウムガスの流れを用いる工程を備える、剥離方法。
【請求項８】
請求項７に記載の剥離方法であって、さらに、プラズマと、背面冷却ヘリウムガスの第１の流れとを必要とする他の半導体加工処理に続いて半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法であって、
前記剥離方法は、さらに、背面冷却ヘリウムガスの前記第１の流れを、２Ｔｏｒｒから１５Ｔｏｒｒの流量の背面冷却ヘリウムガスの第２の流れに調整することにより、フォトレジスト剥離工程中に、下部電極の温度を−１０℃から＋４０℃に維持する工程を備える、剥離方法。
【請求項９】
有機ケイ酸塩誘電体の層を有する半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための剥離方法であって、
少なくとも１つの反応容器を備える半導体加工システムに前記ウエハを導入する工程と、
前記反応容器に水素と窒素とを含む還元ガスの流れを導入する工程と、
前記反応容器内において前記ウエハの少なくとも一部の近傍に、前記還元ガスで還元プラズマを形成する工程と、
前記ウエハから前記フォトレジストの少なくとも一部を前記還元プラズマを用いて剥離する工程と、
フォトレジスト剥離工程中に、前記ウエハの温度を−１０℃から４０℃に維持する工程と、
を備える、剥離方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の剥離方法であって、
前記還元ガスは、少なくとも２０％の水素を含む、剥離方法。
【請求項１１】
請求項８ないし１０のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
前記半導体加工システムに前記ウエハを導入する工程の後であって、還元ガスの前記流れを導入する工程の前に、前記反応容器内の前記ウエハ上に半導体加工工程を実行する工程を備える、剥離方法。
【請求項１２】
有機ケイ酸塩誘電体の層を有する半導体ウエハからフォトレジストを剥離する方法であって、
少なくとも１つの反応容器を備える半導体製造システムに前記ウエハを導入する工程と、
少なくとも５０％の水素と窒素とを含む還元ガスの流れを前記反応容器に導入する工程と、
前記反応容器内において前記ウエハの少なくとも一部の近傍に、前記還元ガスで還元プラズマを形成する工程と、
前記ウエハから前記フォトレジストの少なくとも一部を前記還元プラズマを用いて剥離する工程と、
フォトレジスト剥離工程中に、前記ウエハの温度を−１０℃から４０℃に維持する工程と、
を備える、剥離方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、半導体の製造に関する。特に、本発明は、ウエハのエッチング工程中に、少なくとも１層の有機ケイ酸塩低誘電体を備えるウエハからフォトレジストを原位置で剥離するプロセスに関する。
【０００２】
【発明の背景】
集積回路では、誘電体層が用いられる。誘電体層は、半導体構造の様々な層の導電線を絶縁するためのものであり、通例は、二酸化ケイ素ＳｉＯ2で形成されていた。半導体回路が高速化および小型化すると、動作周波数は増大し、半導体素子内の導電線間の距離は小さくなる。これにより、回路への結合容量のレベルが上がり、半導体素子の動作が遅くなるという障害が起きる。したがって、そのような結合容量レベルの増大に抗して、導電線を効果的に絶縁できる誘電体層を用いることが重要になってきた。
【０００３】
一般に、集積回路における結合容量は、誘電体層を形成するために用いられる材料の誘電率Ｋに正比例する。上述のように、従来の集積回路の誘電体層は、これまで、約４．０の誘電率を有するＳｉＯ2で形成されていた。半導体素子の線の密度と動作周波数が増大した結果、ＳｉＯ2で形成された誘電体層では、結合容量レベルの増大を回避するために求められる程度まで効果的に導電線を絶縁することができなくなっている。
【０００４】
集積回路の結合容量のレベルを低減するために、半導体産業は、ＳｉＯ2よりも低い誘電率を有する材料、すなわち、集積回路における誘電体層形成に用いるのに適した材料を開発するための研究に従事してきた。これまで、有望な材料が、数多く開発されてきた。尚、それらの材料は、「低誘電率材料」と呼ばれることがある。それら新しい誘電体の多くは、有機化合物である。
【０００５】
低誘電率材料には以下のものが含まれるが、特にそれらに限られるものではない：ベンゾシクロブテンすなわちＢＣＢ、ミネソタ州ミネアポリスのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ，Ｉｎｃ．の１事業部であるニュージャージー州モリスタウンのＡｌｌｉｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ（登録商標）が製造するＦｌａｒｅ（登録商標）、コネチカット州ダンベリのＵｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ（登録商標）  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎの１または複数のパリレン２量体、ポリテトラフルオロエチレンすなわちＰＴＦＥ、および、ＳｉＬＫ（登録商標）。ＩＣの誘電体に用いるのに適したＰＴＦＥとしては、ＳＰＥＥＤＦＩＬＭ（登録商標）が挙げられ、デラウェア州ニューワークのＷ．Ｌ．  Ｇｏｒｅ＆Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃから入手できる。ＳｉＬＫ（登録商標）は、ミシガン州ミッドランドのＤｏｗ（登録商標）  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なケイ素を含まないＢＣＢである。
【０００６】
興味深い有機低誘電材料の種類として、有機ケイ酸塩ガラスすなわちＯＳＧを含む化合物が挙げられる。例えば、限定はしないが、そのような有機ケイ酸塩誘電体としては、カリフォルニア州サンノゼのＮｏｖｅｌｌｕｓ社のＣＯＲＡＬ（登録商標）、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＢｌａｃｋ  Ｄｉａｍｏｎｄ（登録商標）、カリフォルニア州サンタクララのＳｕｍｉｔｏｍｏ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｍｅｒｉｃａ，ＩｎｃのＳｕｍｉｋａ  Ｆｉｌｍ（登録商標）、および、ニュージャージー州モリスタウンのＡｌｌｉｅｄ  Ｓｉｇｎａｌ社のＨＯＳＰ（登録商標）がある。有機ケイ酸塩ガラス材料は、二酸化ケイ素の格子内に炭素および水素の原子が組み込まれていることにより、材料の誘電率が低くなっている。
【０００７】
半導体ウエハの処理中に、周知のパターニングおよびエッチング処理を用いて、ウエハ内に半導体素子の形状が定められる。これらの処理では、フォトレジスト（ＰＲ）材料が、ウエハに蒸着され、次いで、レチクルによってフィルタリングされた光に露出される。レチクルは、一般に、光がレチクルを通して伝搬することを防ぐ典型の幾何形状でパターニングされたガラス板である。
【０００８】
レチクルを通過した後、光は、フォトレジスト材料の表面に当たる。光は、現像剤がフォトレジスト材料の一部を除去できるように、フォトレジスト材料の化学組成を変化させる。ポジ型フォトレジスト材料の場合には、露光された領域が除去され、ネガ型のフォトレジスト材料の場合には、露光されていない領域が除去される。その後、ウエハは、エッチングされ、フォトレジスト材料によってもはや保護されておらず、ウエハ内の所望の形状を定める領域から、下層の材料を除去される。一般に、低誘電有機高分子は、酸化（例えば、酸素による酸化）または還元（例えば、水素による還元）の化学処理によってエッチングできる。ＯＳＧ誘電体は、酸化物エッチング剤に多少類似した化学剤を用いて有利にエッチングすることができる。ＯＳＧエッチング剤は、通例、純粋な酸化物エッチングよりも重合の可能性が低いエッチャントガスを必要とする。これは、ＯＳＧフィルム内の有機成分のために必要なことである。
【０００９】
誘電体のエッチングは、二重周波数静電結合（ＤＦＣ）誘電体エッチングシステムで有利に実現することができる。そのような装置として、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＬａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈモデル４５２０ＸＬＥ（登録商標）が挙げられる。４５２０ＸＬＥ（登録商標）システムは、１つのシステム内で、非常に広範囲の誘電体エッチングポートフォリオ（portfolio）を処理する。それらの処理は、コンタクトおよびビア、２層コンタクト、ボーダレスコンタクト、窒化物および酸化物スペーサ、および不動態化皮膜処理を含む。
【００１０】
４５２０ＸＬＥ（登録商標）のような新型のエッチングシステムは、いくつかの処理を同じシステム内で実行する。多くの異なる半導体加工の工程を単一のシステムで実行することにより、ウエハのスループットを増大することができる。さらに進んだシステムは、同じ装置内でさらなる工程を実行することを意図している。例えば、限定はしないが、Ｌａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＥｘｅｌａｎ（登録商標）システムは、単一の装置内で多くの処理工程を実行できるドライエッチングシステムである。Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）は、ハードマスクオープン、無機および有機ＡＲＣエッチング、フォトレジスト剥離を、単一のチャンバを用いて原位置で実行することができる。このシステムの広範囲の処理ポートフォリオは、０．１８ミクロン未満の環境で必要なドープおよび非ドープ酸化物、およびｌｏｗ−Ｋ６誘電体におけるすべてのデュアルダマシン構造、コンタクト、ビア、スペーサ、および皮膜保護のエッチングを含む。もちろん、ここに挙げた原理は、様々な半導体加工システムに実装されてよく、具体的には、これらの原理は、そのような代替物すべてを考慮している。
【００１１】
本明細書で用いられているように、「原位置」という用語は、シリコンウエハなどの与えられた基板に対して、半導体加工装置の同じ部分で、装置から基板を取り除くことなしに、１以上の処理が実行されることを意味する。
【００１２】
半導体素子の加工では、素子を作り上げるためのパターニング工程、エッチング工程、様々なフィルム層の蒸着工程を繰り返す間に、エッチングまたは蒸着の工程に続いて、パターニングされたフォトレジストを除去する必要がある。数多くのフォトレジスト除去の技術および方法が実施されてきたが、今日の半導体製造業者に必要な高スループットを維持するために、エッチング装置内で半導体ウエハからフォトレジストを剥離する工程が非常に望まれている。上述のように、いくつかの新型半導体エッチング装置は、単一の装置内の原位置で複数の処理を実行することができる。原位置でエッチング工程後に剥離を実行するための通常の手順には、剥離処理において酸素を用いる工程が含まれる。しかしながら、ＯＳＧ材料に酸素を用いることには問題がある。
【００１３】
ＯＳＧ材料は、基本的に有機物をドープした酸化物なので、ほとんどの現在のフォトレジスト材料は、ＯＳＧ材料の有機物成分と同様の化学特性を持つ傾向にある。したがって、周知の酸素による方法を用いて、ウエハ表面のキャッププレートからフォトレジストなどの有機材料を除去すると、周知のＯ２剥離処理は、ウエハの表面から有機材料を除去できるだけではなく、エッチング形状の側壁や、他の露出した表面からも有機材料を除去するという悪影響を与える可能性もある。さらに、ＯＳＧ材料は、酸素プラズマに露出された際に酸化されやすい。酸素は、ＯＳＧフィルムから炭素と水素を除去するので、フィルムが不安定になり、フィルムの誘電率が増大する。
【００１４】
従来、エッチング工程とフォトレジスト（ＰＲ）剥離工程は、別々の装置で実行されていた。システムのスループットを最大にするためには、同一のシステム内でエッチング工程からＰＲ剥離工程に進むことが道理であると考えられる。確かに、同一の反応容器で２つの処理を実行すると、処理の効率が大きく向上すると思われる。このことは、以下の興味深い考えにつながる。すなわち、「エッチング工程とＰＲ剥離工程とを、同一システムの同一チャンバ内で実行するだけでなく、エッチング工程のために用いたプラズマを維持したままＰＲ剥離工程に用いて、これら２つの処理を実行するようにシステムを設計できないだろうか」という考えである。
【００１５】
水素によるフォトレジスト剥離工程は、従来は通例、バレル型アッシングで実行されていた。処理の安全性への懸念から、この水素によるＰＲ剥離は、通例、窒素希釈剤における比較的低い水素濃度、通例は４〜５％の範囲の水素濃度、で実行されていた。
【００１６】
水素による剥離処理を用いてＯＳＧ材料のドライフォトレジスト剥離工程を実行する方法が望まれている。
【００１７】
さらに、周知の酸素によるフォトレジスト剥離方法を用いることによって付随的に生じるＯＳＧ材料の誘電性の低下を起こすことなしに実行可能な方法が望まれている。
【００１８】
高いウエハスループットを維持するため、さらに、その方法は、ウエハを形成するために用いられる加工装置内の原位置で実行可能であることが望まれる。
【００１９】
最後に、その処理は、剥離後にフィルム表面に残る剥離後の残渣を生じずに、または、最小限に抑えて実行されることが望まれる。
【００２０】
本発明の上述の特徴とその他の特徴は、「好ましい実施形態の詳細な説明」の項で、図面と併せて詳細に説明する。
【００２１】
【発明の概要】
本発明は、有機ケイ酸塩の誘電体層を備える半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法に関する。エッチング工程に続いて、その方法は、水素含有ガスの流れをウエハに導入し、その水素含有ガスを用いて、ウエハの少なくとも一部の近傍にプラズマを形成する。プラズマは、フォトレジストの少なくとも一部をウエハから剥離するために用いられる。半導体ウエハからフォトレジストを剥離する工程を、ウエハに実行されたエッチング工程に引き続いて、エッチング装置内で実行する場合には、本発明は、次いで、エッチング装置内の原位置でフォトレジストの剥離工程を実行することができる。
【００２２】
従来の水素による剥離工程では、希釈ガス内での水素ガスの濃度が低かったので、一般に、剥離速度が悪かった。低い水素濃度は、明らかに、安全性の理由から必要であると考えられていた。本発明を導いた研究の驚くべき結果は、剥離ガスすなわちエッチャントガス内の水素濃度を劇的に大きくすることにより、高スループットの剥離速度を実現できるだけではなく、これら高濃度の水素ガス混合物を安全に利用できるということである。
【００２３】
本発明の上述の利点およびその他の利点は、以下の詳細な説明および種々の図面から明らかになる。
【００２４】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
本発明は、エッチング装置内に形成されたプラズマによって実行される還元反応を用いて、少なくとも１層のＯＳＧ誘電体を備えるよう形成された半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための原位置での処理に関する。プラズマは、比較的高い水素濃度を有するガス混合物の流れから形成される。
【００２５】
ここで、本発明の一実施形態に従った図１を参照して、少なくとも１層の有機ケイ酸塩誘電体を備える半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法１を説明する。少なくとも１層のＯＳＧを備えるよう形成された半導体ウエハは、二重周波数静電結合（ＤＦＣ）誘電体エッチングシステムの反応容器内に配置される。そのような装置として、カリフォルニア州フレモントのＬａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＬａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈモデル４５２０ＸＬＥ（登録商標）が挙げられる。工程１０２において、少なくとも１つの半導体加工すなわち形成の工程が、ウエハに対して実行される。例えば、限定はしないが、そのような形成すなわち加工の工程として、フォトレジストのパターニング工程、エッチング工程、および蒸着工程が挙げられる。加工の工程に続いて、工程１０４において、フォトレジスト剥離エッチャントガスが、反応容器内に導入される。フォトレジスト剥離ガスは、窒素や水素など実質的に不活性な希釈剤を含むガス混合物である。同等の機能を備えた代替の希釈剤を用いてもよい。剥離ガス内の水素の濃度は、約１０％から約６０％の範囲内であることが好ましい。剥離ガス内の水素の濃度は、約５０％であることがさらに好ましい。
【００２６】
剥離ガスは、反応容器内で、優先的に約８０ｍＴｏｒｒから約１０００ｍＴｏｒｒの範囲の圧力に保たれる。工程１０６において、２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚで動作する二重周波数誘電体エッチングシステムによって、ウエハの上方にプラズマが形成される。各周波数でプラズマに印加される電力は、一般に、約１００から約２０００Ｗの範囲である。その電力は、約５００から約１５００Ｗの範囲であることが好ましい。二重周波数システムの各周波数に関して印加される電力は、異なっていてもよい。
【００２７】
工程１０８においては、プラズマを用いて、有機ケイ酸塩誘電体に損傷を与えることなく、かつ、有機ケイ酸塩の誘電特性に影響を与えることなく、ウエハからフォトレジストが剥離される。剥離ガスの流量を高く保つことにより、アッシング速度を増大する。本発明の原理では、２０００から３０００ｓｃｃｍの範囲の総ガス流量、および、さらに高い流量が、意図されている。
【００２８】
本発明は、各種のウエハスタックに対して十分な結果を実現して、各種の半導体設計をもたらすために、数多くの処理パラメータを変更することを意図している。所望の効果、スループット、およびシステムの性能を含む様々な要素が、所望の設計を実現するための処理パラメータの最適な組み合わせを規定する。本発明は、特に、そのように用いられる組み合わせの各々を意図している。
【００２９】
第１の好ましい実施形態によると、０．１から２０ｋÅの範囲のＯＳＧ（例えば、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ社のＣｏｒａｌ）、を蒸着したシリコンウエハ基板が提供されている。ＯＳＧは、１から１５ｋÅの範囲がより好ましく、３から８ｋÅの範囲がさらに好ましい。ＯＳＧの上には、深紫外線フォトレジストの層（例えば、Ａｒｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社の深紫外線フォトレジスト）が蒸着されている。この層の厚さは、０．５から２０ｋÅの範囲でよく、約１から１５ｋÅの範囲がより好ましく、約５から８ｋÅの範囲がさらに好ましい。当業者に周知の通り、基板およびＯＳＧの間と、ＯＳＧおよびフォトレジストの間に、中間層が挿入されてもよい。本発明は、これらの代替物各々を意図している。
【００３０】
ウエハは、半導体製造システム、例えば、Ｌａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈのモデル４５２０ＸＬＥ（登録商標）二重周波数静電結合（ＤＦＣ）誘電体エッチングシステム、に配置される。この時点で、１以上の半導体加工工程を随意的に実行してよい。これらの工程は、特に限定はしないが、パターニング工程、エッチング工程、蒸着工程、平坦化工程、ドープ工程、メタライゼーション工程、および、当業者に周知のその他の半導体形成工程を含む。次いで、以下のように、ほぼすべてのフォトレジストが剥離される。ウエハは、エッチングシステムの反応チャンバ内に配置される。２および２７ＭＨｚの二重周波数電力が、上部１０００Ｗおよび下部２０００Ｗの電力レベルで、システムに印加される。これと異なる周波数と電力を用いてもよい。例えば、限定の意図はないが、約２００Ｗから２０００Ｗの範囲の電力を用いてよい。次いで、Ｈ2／Ｎ2のエッチャントガスの流れが、反応チャンバ内に導入され、プラズマが点火（struck）される。この実施形態では、それぞれ５５０ｓｃｃｍおよび５５０ｓｃｃｍのＨ2／Ｎ2の部分流量が用いられ、結果として、１：１すなわち５０％／５０％のＨ2／Ｎ2の混合物が流れる。他の部分流量と、その結果としての濃度を用いてもよい。例えば、限定はしないが、これらの濃度は、Ｈ2に関して２０％から８０％の範囲であり、Ｎ2に関して８０から２０％の範囲であってもよい。また、当業者に周知な他の希釈剤を用いてもよい。
【００３１】
この実施形態における反応チャンバの圧力は、１Ｔｏｒｒに設定される。この実施形態では、これにより、ウエハ領域の圧力（すなわち、ＷＡＰ）は、１Ｔｏｒｒとなる。直接の関係は、常に成り立つわけではない。図２を参照されたい。また、本発明は、約８２ｍＴｏｒｒから約１Ｔｏｒｒの範囲のチャンバ圧力を意図しており、その結果として、ＷＡＰは約２００ｍＴｏｒｒから１Ｔｏｒｒの範囲となる。
【００３２】
背面冷却Ｈｅの流量は、約１５Ｔｏｒｒに設定される。また、半導体製造処理に悪影響を与えないほぼ任意の背面冷却の流量およびガスを用いてもよい。そのような下部電極の温度は、一般に、約−１０℃から約＋４０℃の範囲である。この好ましい実施形態では、冷却Ｈｅの流量は、下部電極の温度を約＋２０℃から＋３０℃の範囲に維持するよう設定された。Ｈｅ冷却剤の流量は、製造処理が、この実施形態においてエッチング工程からＰＲ剥離工程へと移行する際には、ＰＲ剥離工程中の冷却剤の流量を、前のエッチング工程中に用いられた冷却剤の流量よりも低減することによって変更された。これにより、システムは、フォトレジスト剥離工程を最適化するために必要なウエハ温度の変更を行っている間にも電極の温度を維持することができる。
【００３３】
本発明で開示されているＰＲ剥離工程のＯＳＧの組成への影響は、図３に示されている。第１のＦＴＩＲ分光値は、上述したＰＲ剥離工程に先立ってＮｏｖｅｌｌｕｓ社のＣｏｒａｌフィルムに関して読み取られた値であり、トレース結果は、３００で示されている。ＰＲ剥離工程の後に、第２の値が読み取られ、トレース結果は、最初のトレース３００の上方にプロットされた３０２で示されている。図示されているように、２つのトレースは、ほぼ共直線性を有しており、元の組成とＰＲ剥離後の組成との間に、約２．５％を超える変化は見られない。これは、本発明が、ＯＳＧの組成に対してごくわずかの変化しか与えずに、ＯＳＧ誘電体を用いる半導体のために効果的かつ効率的なＰＲ剥離を行うという証拠である。
【００３４】
上述した剥離処理が、プラズマを用いる必要がある他の半導体加工工程（例えば、エッチング工程）の後に続く場合には、本明細書に記載した方法により、反応容器内の真空状態を中断することなしに、エッチング工程からフォトレジストの剥離工程へと移行することができる。代わりに、本発明の処理は、エッチャントの流れが、同一の反応容器内で、エッチングガスの流れからフォトレジスト剥離ガスの流れに変更されることを意図している。随意的に、ウエハの背面冷却は、ＰＲ剥離をもたらす最適なウエハ温度を提供するよう変更されてよい。
【００３５】
第２の好ましい実施形態では、Ｈ2／Ｎ2の流量を大きく増大させている。この実施形態では、チャンバ圧力は約５００ｍＴｏｒｒに設定され、その結果、ＷＡＰは約６８０ｍＴｏｒｒとなった。電力は、それぞれ、上部が７５０Ｗ、下部が１０００Ｗに設定された。Ｈ2の流量は８００ｓｃｃｍに設定され、Ｎ2の流量は３２００ｓｃｃｍに設定された。この結果、ＥＲは約７０７２Å／ｍｉｎとなった。
【００３６】
第３の好ましい実施形態では、再び、Ｈ2／Ｎ2の流量を大きく増大させている。この実施形態では、チャンバ圧力は約８００ｍＴｏｒｒに設定され、その結果、ＷＡＰは約９８０ｍＴｏｒｒとなった。電力は、それぞれ、上部が７５０Ｗ、下部が１０００Ｗに設定された。Ｈ2の流量は８００ｓｃｃｍに設定され、Ｎ2の流量は４２００ｓｃｃｍに設定された。この結果、ＥＲは約６７００Å／ｍｉｎとなった。
【００３７】
第４の好ましい実施形態では、再び、Ｈ2／Ｎ2の流量を大きく増大させている。この実施形態では、チャンバ圧力は約４９０ｍＴｏｒｒに設定され、その結果、ＷＡＰは約６９０ｍＴｏｒｒとなった。電力は、それぞれ、上部が７５０Ｗ、下部が１０００Ｗに設定された。Ｈ2の流量は６００ｓｃｃｍに設定され、Ｎ2の流量は３２００ｓｃｃｍに設定された。この結果、ＥＲは約６７８６Å／ｍｉｎとなった。
【００３８】
本発明のいくつかの処理パラメータを変更した影響を調査するために、一組の試験ウエハを準備して処理を行った。シリコン試験ウエハは、１層のＯＳＧ誘電体と１層のパターニングされた深紫外線フォトレジストを備えるウエハスタックより構成された。１つの試験用誘電体には、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ社のＣｏｒａｌを用いた。深紫外線フォトレジストは、例えば、ロードアイランド州ノースキングスタウンのＡｒｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，  ｉｎｃ．から入手可能である。誘電体の特性へのフォトレジスト処理の影響はもちろん、エッチング速度すなわちＥＲや、残渣への影響を調べるために、本発明のいくつかの処理変数が変更された。試験は、Ｌａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのモデル４５２０ＸＬＥ（登録商標）またはＥｘｅｌａｎ（登録商標）  ＤＦＣドライエッチングシステムにおいて、プラズマ電力レベル、水素対希釈剤の比、総エッチャント流量、圧力、および、ウエハ背面Ｈｅ冷却剤の流量、を変更して行った。これらの試験の結果は、図４Ａ〜６Ｂに示されている。
【００３９】
ここで、図４Ａを参照して、本発明の水素によるフォトレジスト剥離のいくつかの処理変数を変更した結果について詳述する。試験１および２では、ＰＲ剥離工程中のプラズマのエネルギを変更する試験を行った。試験１においては、上部および下部の電力は、同一の５００Ｗとした。試験２においては、上部電力は１２５０Ｗに、下部電力は１５００Ｗに増大させた。試験１および２の両方において、チャンバ圧力は２００ｍＴｏｒｒに設定され、水素および希釈剤（Ｎ2）の流量は１８０ｓｃｃｍに維持され、Ｈｅウエハ冷却剤の流量は１５Ｔｏｒｒに保たれた。低電力の試験におけるエッチング速度は２３５４Å／ｍｉｎであり、高電力の設定におけるＥＲは４５２２Å／ｍｉｎであった。上部および下部をそれぞれ７５０Ｗおよび１０００Ｗとして対照試験を行ったところ、ＥＲは３４０８Å／ｍｉｎであった。
【００４０】
次いで、試験４および５において、Ｈ2／Ｎ2の比を変更した影響が試験された。両方の試験において、チャンバ圧力は２００ｍＴｏｒｒに保たれ、上部および下部電力レベルはそれぞれ７５０および１０００に設定され、Ｈｅ背面冷却剤の流量は１５ｓｃｃｍに設定された。試験４においては、Ｈ2の流量は１８０ｓｃｃｍに設定され、Ｎ2の流量は９０ｓｃｃｍに設定された。試験５は、これらの部分流量を逆にしたものである。試験４では、ＥＲは２８０６Å／ｍｉｎとなった。試験５では、３０６０Å／ｍｉｎに上昇した。
【００４１】
試験６および７では、圧力および流量を増大させた影響を試験した。試験６においては、Ｈ2およびＮ2ガスの部分流量が等しく１００ｓｃｃｍである状態で、チャンバ圧力が２００ｍＴｏｒｒに保たれた。ＥＲは、２６４４Å／ｍｉｎであった。試験７において、チャンバ圧力を５００ｍＴｏｒｒに増大させると共に、Ｈ2およびＮ2ガスの流量を１８０ｓｃｃｍに増大させたところ、エッチング速度は３６３０となった。
【００４２】
試験８〜１０では、総エッチャントガス流量を増大させた影響を試験した。試験８および１０においては、チャンバ圧力は１２０ｍＴｏｒｒに設定され、上部および下部電力レベルはそれぞれ５００Ｗに設定され、Ｈ2およびＮ2ガスの部分流量は等しく８００ｓｃｃｍに設定された。これらの試験では、ＥＲは３６６６および４０００Å／ｍｉｎであった。試験９においては、上部および下部電力レベルが１２５０および１５００にそれぞれ上げられたことを除いて、処理変数はすべて維持された。この試験のＥＲは、一連の試験の中で最も高い７５３９Å／ｍｉｎであった。
【００４３】
試験１１および１２では、Ｈｅ背面冷却の影響を試験した。これらの試験の各々では、チャンバ圧力は１２０ｍＴｏｒｒに設定され、上部および下部電力はそれぞれ５００Ｗに設定され、Ｈ2およびＮ2ガスの流量は等しく８００ｓｃｃｍに設定された。試験１１においては、Ｈｅ背面冷却剤の流量は、上述のすべての試験で用いられた標準的な１５ｓｃｃｍから８ｓｃｃｍに減じた。その結果、温度が上昇したことにより、ＥＲは、試験８よりも１５８Å／ｍｉｎ大きい３８２４Å／ｍｉｎとなった。試験１２においては、背面冷却剤の流量が、さらに２ｓｃｃｍにまで減少され、ウエハの温度がさらに上昇したことで、ＥＲは、試験８よりも４３５Å／ｍｉｎ大きい４１０１Å／ｍｉｎとなった。
【００４４】
最後に、試験１３では、Ｈ2の部分流量を、試験８における８００ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍに減じた。この結果として、ＥＲも、３６６６から３１０４に減少した。
【００４５】
以下では、図４Ｂを参照して、これらの試験の結果をまとめる。Ｈ2／Ｎ2の比を小さくすると、それに応じて、ＥＲは少し減少し、総Ｈ2／Ｎ2流量を増大すると、ＥＲは大きく増大した。チャンバ圧力を増大させると、ＥＲは少し増大した。上部および下部電力レベルを増大させると、ＥＲは大きく増大した。ガス流量および圧力を高めた場合に、最も大きくＥＲが増大した。背面冷却の変更では、冷却剤流量の増大（すなわち、ウエハ温度の低下）と、ＥＲの減少との間にゆるい逆相関が見られた。チャンバ圧力およびプラズマ電力レベルの影響は、さらに、図５Ａ〜Ｃおよび図６Ａ〜Ｂに示されている。図５Ａでは、上述の試験ウエハが、それぞれ５５０ｓｃｃｍのＨ2／Ｎ2部分流量と、５００Ｗの上部および下部のプラズマ電力レベルとを用いて剥離された。チャンバ圧力は、８２ｍＴｏｒｒに設定された。全体的に、良好なＰＲ剥離が実現され、残渣は許容可能なレベルであった。
【００４６】
図５Ｂでは、上部および下部プラズマレベルをそれぞれ７５０Ｗおよび１０００Ｗにして、同じ試験が行われた。その結果、図のように、中程度の残渣の形成があった。ウエハの縁部よりも中央部の方が、残渣の形成量が多かった。
【００４７】
図５Ｃでは、再び、電力を上部１０００Ｗおよび下部２０００Ｗに増大した。さらに多くの残渣が形成され、再び、ウエハの中央部への残渣のレベルが増大した。
【００４８】
図６Ａでは、チャンバ圧力を１Ｔｏｒｒに増大し、電力を上部１０００Ｗおよび下部２０００Ｗに増大した。その結果、剥離速度は上昇し、試験ウエハの中央部と縁部の両方で残渣は最小量であった。電力レベルを上部７５０Ｗおよび下部１０００Ｗに減少すると、剥離速度は中程度上昇し、残渣は最小量であった。
【００４９】
図６Ｂでは、チャンバ圧力を１Ｔｏｒｒに据え置き、電力を上部７５０Ｗおよび下部１０００Ｗに減じた。非常に満足できる結果であったが、電力を低下させた結果、処理時間が増大し、上述の実施形態よりも少し残渣が増大した。
【００５０】
最後に、図２を参照して、３つの異なるＬａｍ（登録商標）  Ｒｅｓｅａｒｃｈのシステムに関するＷＡＰと総ガス流量との関係をまとめる。Ｌａｍ（登録商標）ＨＰ（登録商標）は、１００％圧力制御を用いる。このシステムに関しては、０％、５０％、および１００％の制限リング位置においてＷＡＰが決定された。ＸＬＥ（登録商標）では、システムの絞り弁を完全に開放した状態で、１．３０ｃｍの電極ギャップにおいてＷＡＰが決定された。Ｅｘｅｌａｎシステムに関するＷＡＰと総ガス流量との関係は、０％および１００％の制限リング位置において決定された。
【００５１】
本発明は、特に、本発明の特徴の特定の好ましい実施形態に関して図示、説明されている。しかしながら、添付の請求項に記載されている本発明の主旨および範囲から逸脱せずに、形式および細部において様々な変更および変形が可能であることは、当業者には明らかなことである。特に、本発明の原理は、当業者に周知である任意のいくつかのフィルム層の組み込みと、少なくとも１層のＯＳＧ誘電体を備えるよう形成された様々な半導体ウエハに関して本明細書に記載されている１以上の様々な特徴および利点と、を明確に意図している。さらに、本明細書に挙げられた原理は、幅広い水素滴定濃度、剥離ガス圧力および流量、プラズマ電力レベル、ウエハ温度、およびプラズマ周波数を開示している。本発明の原理は、これらの代替物各々を明確に意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＯＳＧ誘電体層を含む半導体ウエハからフォトレジストを除去するための処理の概略フローチャート。
【図２】  ３つのドライエッチングシステムに関するガス流量とチャンバ圧力との関係を示す表。
【図３】  ＯＳＧ誘電体を含むサンプルウエハに関する２つのＦＴＩＲ分光トレースのグラフであって、本明細書に記載した剥離工程の結果としての誘電体への変化を示すグラフ。
【図４Ａ】  いくつかの「低流量の」水素によるフォトレジスト試験を示す表。
【図４Ｂ】  図４Ａの試験の結果をまとめた表。
【図５Ａ】  ８２ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力と、それぞれ５００Ｗおよび５００Ｗの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すＳＥＭ顕微鏡写真。
【図５Ｂ】  ８２ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力と、それぞれ７５０Ｗおよび１０００Ｗの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すＳＥＭ顕微鏡写真。
【図５Ｃ】  ８２ｍＴｏｒｒのチャンバ圧力と、それぞれ１０００Ｗおよび２０００Ｗの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すＳＥＭ顕微鏡写真。
【図６Ａ】  １トールのチャンバ圧力と、それぞれ１０００Ｗおよび２０００Ｗの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すＳＥＭ顕微鏡写真。
【図６Ｂ】  １トールのチャンバ圧力と、それぞれ７５０Ｗおよび１０００Ｗの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すＳＥＭ顕微鏡写真。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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